大跨度屋面上平均风压流体有限元数值分析

摘要

本文采用稳定的流体有限元法对大跨度屋面上的平均风压进行数值分析，雷诺平均Navier-Stokes方程及Spalart-Almaras湍流模型方程用Galerkin有限元法离散，通过引入人工粘性系数的方法增强计算的稳定性。通常大跨度屋面上的平均风压由作用在屋面上的分离与再附流控制，对于这种复杂流动的湍流控制方程，若对流项采用一般的迎风格式，则容易造成横风向数值耗散，使人工粘性系数过大。本文在加拿大的FENSAP计算流体动力学软件平台中采用流线型迎风格式，将人工粘性系数在流线方向分解，避免产生横风向的人工粘性，从而减小数值耗散。使用该有限元平台对上海浦东国际机场二期大跨度屋面上的平均风压进行数值模拟，并将数值模拟得到的平均压力系数与风洞试验结果进行比较，两者有较好的吻合，可看出采用流体有限元法预测这类复杂的大跨度屋面上的平均风压有很高的精度。